剃前滚刀的设计及计算机应用【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 摘 要 在国家支柱产业的汽车、摩托车行业，应用滚剃工艺加工齿轮已相当普及。但在使用过程中经常出现剃齿后齿轮齿顶倒角大，超出渐开线终止圆值；或齿轮根部挖根大，渐开线起始圆不能保证。而采用近似方法计算的 剃前滚刀，在 滚齿加工后难以保证渐开线起始圆、终止圆要求。因此论文结合目前国内设计现状对剃前滚刀设计和验证进行研究和实践。 首先， 在计算渐开线起始圆及终止圆时考虑剃齿加工留量的大小，在建立数学模型的基础上，应用公式迭代计算得出滚刀齿形中的触角角度、触角高度、触角宽度和倒棱齿形角，修缘起始点高度值。 其次，在加工 负变位较大或齿高系数较大的齿轮时 ,采用 减小滚刀的齿形角 ，也就是用小压力角设计滚刀，从而增加滚刀齿顶宽度提高其耐用度。 目前，剃前滚刀设计随着齿轮产品小批量、多品种和设计制造多点位、大协作的发展趋势，齿轮设计信息的数量日益膨胀，而基于手工的计算效率很低，往往难以实准确地反映设计信息，造成大量重复性劳动，降低了产品的生产效率。因此，剃前滚刀设计制造相关信息 利用计算机绘制滚削模拟图，使滚后齿轮齿形更直观，验证更精确， 对刀具的设计和生产乃至齿轮产品的生产都有着十分重要的意义 。 关键词：剃前滚刀 小压力角 渐开线 起始圆 渐开线终止圆 模拟切削 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 目 录 中文摘要 I 1 2. 滚刀渐开线终止圆设计 1 刀倒棱齿形角、修缘起始点高度的设计现状 2 切齿轮齿顶 修缘的数学 模型 2 3. 滚切齿轮渐开线起始圆（齿根沉切） 的设计 4 切齿轮齿根沉切 的设计现状 4 切齿轮齿根沉切 的数学 模型 5 4. 变 压力角滚刀 的设计 6 5. 小压力角剃前滚刀的设计步骤 9 11 参考文献 12 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 1. 引 言 当齿轮精度要求较高，即滚切出的齿轮还要进行剃齿的 时候，则在滚切齿轮过程中， 还有一个复杂的、尚未完全解决的问题，乃是 剃前滚刀的齿形设计问题，也即是所设计的滚刀要解决齿轮的齿顶修缘及根切问题，虽然在有关文献中已有不少论述，但均未超出定性分析的范围。 而近几年齿轮行业，尤其是国家支柱产业的汽车、摩托车行业对齿轮渐开线起始圆、终止圆的要求越来越高，而采用近似方法计算的 剃前滚刀，在 滚齿加工后难以保证渐开线起始圆、终止圆要求。 滚齿加工时齿轮齿形无法进行修正，且滚后齿轮齿形精度较低、啮合 噪音大，无法满足高精度齿轮加工要求，如果在滚齿后增加剃齿工序，不仅可以按要求对齿轮 齿形进行修正、提高齿轮精度，还可大大降低齿轮 啮合 噪音，满足高转速下齿轮平稳性要求。剃前滚刀的设计原理与普通滚刀相同，只是在普通滚刀的基础上留有后道工序加工留量及 渐开线起始圆、终止圆的计算。利用计算机绘制滚削模拟图，使滚后齿轮齿形更直观，验证更精确。 渐开线齿轮 ， 通常是用与其相同的齿形角和模数的滚刀 加 工出来的。但是 ,有时 这种滚刀的齿顶宽度和齿底宽度有时都很小 ,既不便于制造 ,耐用度又很 低。为了增大滚刀齿顶宽度和齿底宽度 ,其办法就是减小滚刀的齿形角 ，也就是用小压力角设计滚刀。 倒棱齿形角、修 缘起始点高度）的设计 刀 倒棱齿形角、修缘起始点高度的设计现状 关于滚刀齿形上倒棱齿形角 及修缘起始点高度 行的剃前滚刀国家标准中规定选取倒棱齿形角 )2010( ， 为基本齿形角，修缘起始点高度 h=于被加工齿轮的参数不同，一律按上述规定选取，在许多情况下不能满足齿轮所要求的渐开线终止圆 -（倒掕量）。尽管设计时倒棱起始点直径 d 根据被加工齿轮的要求取得足够小，由于 值取得偏小，则使被加工齿轮齿顶单边倒棱厚度 2/很小，而几乎见不到倒棱，对于剃前滚刀来说，剃后就更见不到倒棱。例：我公司为韶关宏 大变速器厂生产制造的剃前滚刀，齿轮参数如下：法向模数 向压力角 齿数 分度圆螺旋角 20、外径 径 9 齿公法线长度 后 )、留买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 量 面 )、要求剃后倒角 高 )，按上述方法设计滚刀齿形，并进行模拟切削，绘制模拟切削图如下，由图 高 ),与用户要求相差较大， 不能保证渐开终止圆要求， 用户提出投诉甚至拒收 。 图 拟切削图（倒角部分近似计算） 切齿轮齿顶 修 缘的数学 模型 图 轮端面截形 倒棱齿形角迭代公式推导 文中所用符号 齿轮顶圆直径 d 齿轮分圆直径 齿轮基圆直径 d 齿轮倒棱起始处直径 倒棱齿形基圆直径 在图示 于 , 分别切于半径为 基圆，并且 过 据齿轮展成原理有以下各式成立： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 dd b 其中 ： 在 中 ： K 将上式代入公式，并整理得迭代式 ： ( 初值可按 25 如果已知 值及 d 值，需要验算齿顶单边倒棱厚度 2/。根据图示 有： )(2/ i n vi n vi n vi n 其中 ： ( - - ) - / 2e R f i n v c i n v i n v c i n v / ( )h e tg (222 in 2 dd co 022222221 o s)c o s()c o s(c o 2)c o s()c o s(c o dd 1买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 根据公式 算出 、 h ,见图示 图 刀基准齿形 按上例齿轮参数重新计算滚刀齿 形，并进行模拟切削，由图示 见，剃后倒角 高 ),与用户要求完全符合， 能保证渐开终止圆要求，用户相当满意 。 （加工留量见表 表 齿轮剃齿留量 (模 数 1 2 6 8 留剃余量 拟切削图（倒角部分精确计算） 根沉切） 的设计 剃前滚刀的设计，主要是对应 齿轮齿根沉切的刀具凸角的设计，所谓 剃前滚刀的有效齿顶高，指的是齿条节线到齿顶凸角起始点的高度，该点应能加工出被切齿轮剃后的齿根沉割起始点，沉割起始点以上的齿形为齿轮有效齿形。 切齿轮齿根沉切 的设计现状 关于滚刀齿形上齿顶凸角宽度的设计，国内现行的剃前滚刀国家标准中规定（见表 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 表 剃前滚刀齿顶凸角宽度 模数 1 2 触角宽度 由于被加工齿轮的参数不同，一律按上述规定选取，在许多情况下不能满足齿轮所要求的 有效起始圆要求。 如我公司为上海汽车齿轮总厂生产制造的剃前滚刀，齿轮参数如下： 法向模数 2、法向压力角 20、齿数 度圆螺旋角 0、外径 径 3 齿公法线长度 后 )、留剃量 面 )、要求有效起始圆直径不大于 上述方法设计 ,滚刀凸角宽度取 行模拟切削，绘制模拟切削图 图 拟切削图（齿根部分近似方法） 由图 剃后有效起始圆直径为 用户要求相差较大， 不能保证渐开 起始圆 要求。 切齿轮齿根沉切 的数学 模型 当被加工齿轮作回转运动时，齿条则按按啮合关系同时平移运动。图中的实线图形为运动初的齿轮齿形和齿条齿形；虚线图形为齿条凸角起始点 0C 与齿轮剃后的齿根沉割槽起始点 图示 是与齿轮固连并一起转动的动系。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 轮齿根沉切的数学模型 被加工齿轮剃后的齿根沉割起始点 中的坐标为： 初始位置时，坐标系 与 重合的，而当齿条凸角起始点 0C 与齿轮剃后齿形上的沉割起点 C 相遇时，则与齿轮固连的动系 相对于静系 时已转边了 角。于是坐标系 与 现将上式代入公式，便得转过了 角之后齿轮剃后齿形上的 C 点在静系 与此同时，齿条按啮合关系平移 齿顶凸角起始点 0C 并与齿轮剃后齿形上的 时 0C 点在静系 由于 0C 和 此方程中的 x、 c o ss )c s c o s ( )s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 将上述方程改写成： )co s ( 将其代入到方程中，化简后得： 公式 值后再代回到公式 得齿条凸角起始点 0C 距节线间的高度 计算结果绘制模拟切削图如下： 图 拟切削图（齿根沉切精确计算） 由图 知 ,剃后有效起始圆直径为 用户要求相符合， 能保证渐开 起始圆 要求。所供刀具深受 用户好评，为以后进一步合作，提供坚实技术基础。（加工留量见表 4. 变 压力角滚刀 的设计 渐开线齿轮 ， 通常是用与其相同的齿形角和模数的滚刀 加 工出来的。但是 ,有时 这种滚刀的齿顶宽度和齿底宽度有时都很小 ,既不便于制造 ,耐用度又很 低。例如 ,负变位较大或齿高系数较大的齿轮时 所用的滚刀就有这种现象。为了增大滚刀齿顶宽度和齿底宽度 ,其办法就是减小滚刀的齿形角 。 那 么 用齿形角比齿轮给 定齿形角要小一些的滚刀能否加工出给定齿形角的齿轮来呢 ?要回答这个问题 ,就必须先研究一下两渐开线螺旋齿轮的 啮 合规律。 从两渐开线螺旋齿轮 啮 合的基本条件可知 ,只要两齿轮基 圆 柱上的法向齿距相等 ,则它们就能进行正常 啮 合。由此可以推论 :如果满足上述条件 ,一个给定齿形角的齿轮 ,就可以与无数多不同齿形角的齿轮 啮 合。 0co s )s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 现设齿轮 1的端面齿形角 1t 、 端面周节 1 分圆柱上的螺旋角 1 ； 设齿轮2的端面齿形角 2t 、端面周节 2分圆柱上的螺旋角 2 。如果齿轮 1、 2能互相 啮 合 ,则它们的法向基节 必然相等。于是 : 222111 c o sc o sc o sc o s （ 式中 1 、 2 分别为齿轮 1和齿轮 2基圆柱上的螺旋角。 可是 以及 1111 c o sc o sc o sc o s 2222 c o sc o sc o sc o s 以上四式中 1 2分别为齿轮 1和齿轮 2的端面模数； 1 2分别为齿轮 1和齿轮 2的法向模数； 1n 、 2n 分别为齿轮 1 和齿轮 2 的法向齿形角，即它们在分圆柱上的法向齿形角。 将以上四式同时代入公式 有： （ 上式表明 ,只要两齿轮基 圆 柱上的法向齿距 ,即法向基节相 等， 则它们的法向齿形角 (分圆柱上的法向压力角 )可以是任意的。但它们的法向模数必须要符合上列等式 。 于是 ,齿轮 2 的法向周节为 2 当齿轮 2 以其分圆柱与齿轮 1 相 啮 合时 , 则齿轮 1 节圆柱上的法向齿距 (即节圆上法向周节 )也应是 2, 且等于 : 1111 c o s 2222 c o s 2112 co 22 nn 1112 c o sc o 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 式中 1n 齿轮 1节圆上的法向压力角。 因为齿轮 2 是以其分圆柱与齿轮 1 节圆柱 相 啮 合的 ,所以齿轮 1 节圆上的法向压力角 1n 也就是齿轮 2 分圆柱 (此时分圆柱与节圆柱重合 )上的法向压力角2n (法向齿形角 ), 即 : 这两个角度就是两齿轮的法向 啮 合角。如果比较公式 , 可同样得到这个结论。 于是我们就可求得齿轮 1节圆柱上的端面压力角 1t : (而节圆柱上的螺旋角 1 可从以下三式中求得： 齿轮 1节圆柱直径 1d 应由下式 求得： (式中 1d 齿轮 1分圆柱直径； 1z 齿轮 1之齿数。 21 12111 co ss 12111co 2111111 co s co 21111 s ss 111111111 co s co s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 但因 以及由上式又知： 于是齿轮 1节 圆柱直径 1d 为： (如果齿轮 1 分圆柱上的法向齿厚 1为已知，则根据渐开线几何学公式，可求得齿轮 1节圆柱上的法向齿厚 1为： 这时 ,与齿轮 1 节圆柱相 啮 合的齿轮 2 节圆柱 (与分圆柱重合 )上的法向齿厚2 : 122 ( 由于滚刀本质上乃是一个渐开线螺旋齿轮 ,因此为求得小压力角滚刀的有关参数 ,只需将以上 公 式中的齿轮 2换作滚刀即可。 5. 小压力角剃前滚刀的设计步骤 在设计小压力角滚刀之前 ,必须知道被加工齿轮的以下参数 :分圆柱上法向压力角 1n 、 分圆柱上法向齿厚 1法向模数 1 分圆柱上的螺旋角 1 、 齿 数1Z 。 为了计算方便 ， 建议按以下步骤进行 ： (1) 选择滚刀法向齿形角 0n 当 201n 时 ， 可取 (2) 滚刀的法向模数 01111 c o s c o sc o sc o 1121 c o s c o sc o sc o 121111 c o sc o s c o s co s)co s( co 1510买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 (3)滚刀分圆柱上法向齿距 000 nn （ 4）齿轮节圆柱上的螺旋角 1 (5) 齿轮节圆直径 1d （ 6） 齿轮节圆柱上的端 面压力角 1t (7) 齿轮节圆柱上的法向齿厚 1 (8) 滚刀分圆柱上的法向齿厚 010 0 (9) 滚刀的齿顶高 0式中 1 被加工齿轮齿 根高 (10) 滚刀的齿根高 式中 1 被加工齿轮齿 顶高 C 滚刀径向间隙系数 011 co 101111 co s co s co 11111111 c o sc o s i n vi n 110 11110 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 (11) 滚刀全齿高 0h (12) 滚刀分圆柱直 径 (18)滚刀分圆柱上的螺纹升角 式中 n 滚刀头数。 其他计算与一般齿轮滚刀相同 。 与标准滚刀相比 , 小压力角滚刀也还存在有如下缺点 : 第一， 由公式可知 ， 滚刀分圆柱上的法向齿厚 0被加工齿轮分圆直径有关。但因为 所以在齿轮法向模数 1分圆柱上的螺旋角 1 相同情况下 , 0就与被加工齿轮齿数 1Z 有关。由此可见 ,小压力角滚刀是一种专用滚刀 ,如果被加工齿轮齿数稍有变更时 ,虽然在调整滚刀与齿轮的中心距后依然可以得到齿轮分圆柱上的给定法向齿厚 ,但这时齿轮的齿根高将发生改变。例如 ,采用按齿轮齿数1Z 设计的滚刀加工齿数为 1Z 的齿轮时 ,在要求分圆柱上有相同法向齿厚的条件下 ,当 11 ,则齿轮实际齿根高将小于理论齿根高 ,反之 ,当 11 , 则实际齿根高将大于理论齿根高 ,因此 ,为了 使齿根高变化控制在一定范围内 ,按某一齿轮齿数设计的小压力角滚刀 ,就只能加工一定齿数范围内的齿轮。当 0n 愈小 ，这个范围也就愈小。所以小压力角滚刀不能作为标准滚 刀 ,只用于大批生产中加工同一模数而齿数变化范围较小的齿轮。 第二 ,如果小压力角滚刀的后角是靠径向铲齿得到的话 ,则其侧后角将很小。例如 , 当 80 n 、 滚刀顶刃后角 12时 ， 滚刀侧后角 421R 。 显000 fa 0d 000 2 aa 0z000d nm 111